Biojätteen termofiilinen mädätys - mitoituksen perusteet

Biowaste is traditionally composted in Finland. In other European countries, there are also many digestion facilities for biowaste handling. The primary aim of this work was to gather a basic understanding of the digestion process in general and of what special requirements and process modifications biowaste brings to the digestion process. This master's thesis is a literature review. The characteristics of biowaste are introduced. It is found out that normal biowaste can be considered as safe feed material for digestion. However, the quality of biowaste can vary a lot and accurate characterisation of the waste is needed in order to have a correct process design. Although biowaste is considered safe, the major inhibitors are still covered. There is always risk for inhibition, especially when co-digesting biowaste with other waste fractions. Two major inhibitors, ammonia nitrogen and lipids, are covered and ways to prevent inhibition are discussed. The basic process parameters are introduced. The process design values and the possible process modifications found in the literature are presented. Basic reactor types and design values are covered. It is revealed, that almost all biowaste can be safely digested in one-stage digesters. Only some waste fractions with high volatile solids and nitrogen content require two-stage digestion. It is also found out, that it is not beneficial to pre-treat normal biowaste, because it will break down sufficiently in the digester. However, it can be shown that pre-treating certain other waste fractions is beneficial. End product treatment options for digestate, waste water and biogas are covered. The present legislation concerning the hygienisation of the end product is presented. The calculation methods for biogas production are discussed. The possible process disturbances and ways to monitor and overcome them are discussed. One unavoidable process disturbance is the start-up period. Possible start-up methods are introduced and one method is recommended. In general, many full-scale digestion plants and research work prove that digestion is a stable and liable waste treatment option. It can be recommended as an alternative to composting in Finland. However, it has to be noticed, that digestion, like all microbiological processes, requires thorough understanding of the process itself, and that the implications which the biowaste brings to the process have to be taken care of. When comparing composting and digestion it should be noticed, that digestion does not only produce stable biomass, it also produces biogas, a valuable source of energy.Suomessa yleisin biojätteen käsittelytapa on kompostointi. Muualla Euroopassa biojätettä käsitellään myös mädättämällä biokaasulaitoksissa. Käsillä olevan työn lähtökohtana oli tarve lisätä tietämystä mädätysprosessista ja etenkin niistä erityisvaatimuksista, joita biojätteen mädätys asettaa prosessille. Työ on luonteeltaan kirjallisuusselvitys. Työssä esitellään biojätteen laatuparametrit ja todetaan, että normaalin biojätteen voidaan katsoa olevan turvallista mädättää. Tulee kuitenkin huomioida, että jätteen laatu voi vaihdella huomattavasti ja tästä syystä mädätettävä jäte tulisi aina analysoida, jotta voidaan varmistaa oikea prosessimitoitus. Myös mahdollisia prosessin inhibiittoreita käsitellään. Etenkin eri jätejakeiden yhteismädätyksessä on aina inhibition riski. Kahden tärkeimmän inhibiittorin, ammoniumtypen ja rasvojen, esiintymismuodot ja inhibition ehkäiseminen käydään läpi. Työssä esitetään tärkeimmät prosessiparametrit, suunnittelukriteerit ja prosessin muuntelutavat. Yleisimmät reaktorityypit ja näiden mitoitusarvot käsitellään. Suurin osa biojätteestä voidaan mädättää tavallisissa yksivaiheisissa reaktoreissa. Vain silloin, kun jäte sisältää huomattavissa määrin typpeä ja orgaanista ainetta, tarvitaan kaksivaiheinen mädätys. Tavallinen biojäte ei myöskään vaadi erillistä esikäsittelyä, koska jäte hajoaa normaalien mitoitusviipymien aikana riittävästi mädätysreaktorin sisällä. Tiettyjen jätejakeiden mädätyksessä esikäsittelystä voidaan osoittaa olevan hyötyä. Työssä esitellään ja analysoidaan mädätetylle lietteelle, jätevedelle ja biokaasulle soveltuvat käsittelymenetelmät sekä nykyiset lainsäädännön tuomat vaatimukset. Erilaiset biokaasun määrän laskentatavat käydään läpi. Todennäköisimmät prosessihäiriöt sekä niiden havainnoiminen ja korjaaminen esitellään. Lisäksi kuvataan yleisimmät prosessin käyntiinajotavat ja esitetään näistä suositeltavin vaihtoehto. Yleisesti ottaen voidaan todeta, että monet täyden mittakaavan biokaasulaitokset sekä tutkimukset todistavat mädätyksen olevan luotettava biojätteen käsittelytekniikka. Sitä voidaan suositella Suomen olosuhteissa kompostoinnin vaihtoehdoksi. On toki huomattava, että biojätteen mädätys, kuten kaikki mikrobiologiset prosessit, vaatii prosessin ja biojätteen tuomien reunaehtojen syvällistä ymmärtämistä. Kompostointia ja mädätystä verrattaessa on aina muistettava, että mädätys ei ainoastaan tuota stabiloitunutta biomassaa: toisena lopputuotteena on aina energiarikas ja hyödynnettävissä oleva biokaasu